高温气冷堆甲烷蒸汽重整制氢系统重整器性能数值分析

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高温气冷堆甲烷蒸汽重整制氢系统

重整器性能数值分析

银华强!姜胜耀!张佑杰

"清华大学核能与新能源技术研究院先进反应堆工程与安全教育部重点实验室!北京!")))>!$

摘要!甲烷转化率和产氢量是反映重整器性能的重要指标&本文对匹配高温气冷堆D9\H")的蒸汽重整器性能进行数值分析&设定重整器氦气入口流量不变!研究不同氦气入口温度%压力!不同工艺气入口温度%压力%流量!以及不同水碳比对重整器性能的影响&在所研究的范围内!结果表明(氦气的入口温度对重整器性能有明显的影响#氦气的入口压力%工艺气的入口温度和压力对重整器性能影响较小#提高工艺气流量!甲烷转化率降低!但产氢量增加!而提高水碳比则有相反的变化关系&

关键词!高温气冷堆#制氢#蒸汽重整器

中图分类号!9C!"*!!!文献标识码!+!!!文章编号!")))H G I=""())*$)"H))G I H)?

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收稿日期!())?H)!H((#修回日期!())?H)G H()

基金项目!国家自然科学杰出青年基金资助项目"?)=(?G()$#,跨世纪人才培养计划-基金资助项目

作者简介!银华强""I*>)$!男!湖南邵阳人!博士研究生!核能科学与工程专业

!!目前!世界每年氢的消耗总量约为?d ")*,!年增长率约为!‘"")‘*"+&这些氢主要用于合成氨工业和石化工业&目前!世界生产氢气的主要工艺是甲烷蒸汽重整&在高温气冷堆甲烷蒸汽重整制氢系统中!其核心部件之一是氦加热蒸汽重整器&在传热方式%几何结构及运行工况等方面!它与常规的蒸汽重整器不同&本文基于文献*(+建立的模型和计算机程序!对匹配高温气冷堆D9\H")的蒸汽重整器的性能进行分析&

B!制氢系统概述

高温堆甲烷蒸汽重整制氢系统示于图"!它由高温气冷堆和甲烷蒸汽重整制氢系统组成!连接两个部分的J D L是氦H氦中间热交换器&一回路高温气冷堆向J D L提供I?)a的高温核热&核热通过J D L由一回路传递到二回路!为二回路制氢反应提供热量&J D L出口氦气温度为

I)?a&由于J D L到重整器入口沿程管道的散热损失!到达重整器入口!氦气温度降至>I)a&在重整器中发生甲烷蒸汽重整反应!产生氢气&甲烷蒸汽重整是高温%需要催

化剂的强吸热反应!反应器为固定床反应器&化学反应过程如下(

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是反映重整器性能的两个重要指标(J ""‘$@"F D !!.1A "F D !!$B ,"F D !!.1@+F E !$B ,N +F E (!$B ,+F E !$B ,N +F E (!$B ,N +F D !!$B ,W "))‘"=$V D (@J D (V $B ,其中("F D !!.1%"F D !!$B ,分别为进入和流出重整器甲烷物质的量#+F E !$B ,%+F E (!$B ,%+F D !!$B ,分别为反应产物中F E %F E (和F D !的浓度#J D (为产物气中氢气的百分比#V $B ,为工艺气出口流量&H !计算分析条件在计算过程中!设定氦气流量?<(*(,’:不变&改变某个参数进行分析时!其它参数均取基准值&各参数变化范围如下(氦气入口温度!*))"")))a !基准值!>I )a #氦气入口压力!=<)"?<)Z A 7!基准值!=<)Z A 7#工艺气入口温度!=))"G ))a !基准值!?))a #工艺气入口压力!(

降#

对应氢气的流量很快增加!甲烷流量减少&在继续向上的流动过程中!由于受到氦气通道中的氦气与中心管的工艺气双方的对流传热!使得温度上升较快&在催化管下端附近!工艺气温度升高变缓!对应氢气的流量增加速度相应变缓&在最下端!工艺气的温度达到了最高!此时!甲烷转化率达到了最大!此处的温度即为工艺气的最终裂解温度&该温度的高低可反映甲烷重整反应进行的程度&

由图=7可看出!

最终裂解温度与对应氦气的温度相差G )a &因此!

催化管的长度再增加!最终裂解温度的升高空间不大!重整器性能

提高不明显&所以!

催化管活性区长度是足够的!这与文献*!

+给出的结论一致&I C G !氦气入口参数的影响

甲烷转化率和产氢量随氦气入口温度和压力的变化曲线示于图!&

由图!7可看出!

氦气温度升高!甲烷转化率和产氢量同时增加!且增加速度较快&这表明!氦气入口温度对重整器性能有很大影响&氦气入口温度升高!使得工艺气最终裂解温度

升高!

甲烷转化率增加!从而产氢量也增加&重整器氦气入口温度严格地受到高温气冷堆氦气出口温度的限制&在堆芯材料允许的范围内!可通过提高堆芯温度来提高重整器氦气入口温度&另外!减少J D L

出口到重整器入口沿程氦

气散热损失也很重要&

由图!S 可看出!

氦气压力升高!甲烷转化率和产氢量几乎不随氦气压力而变化&这是因

为在所研究的压力范围内!

氦气的热容%导热率和粘度几乎不变&由于氦气流量保持不变!虽压力升高%密度增大!但氦气流速降低!最终效果是氦气侧对催化管的传热系数几乎不变&I C H !工艺气入口参数的影响

图?示出了甲烷转化率和产氢量随工艺气入口温度和压力的变化&工艺气入口温度升高!甲烷转化率和产氢量稍有增加&在氦气入口温度一定且催化管活性区长度足够长的情况下!催化管出口最终裂解温度与氦气入口温度间的温差较小!即使提高工艺气入口温度!最终裂解温度也不会有大的提高&这表明!提高工

艺气入口温度对重整器性能提高无太大助益&!!工艺气入口压力升高!甲烷转化率和产氢量降低&蒸汽重整过程是一体积增大过程!高压力对于提高甲烷转化率不利&考虑到系统的安全!工艺气侧压力必须高于或等于二次回路氦气的压力!二次回路氦气的压力必须高于或等于一回路的压力&如果降低工艺气入口压力!必然要相应降低二次回路和一次回路氦气的压力!压力损失将增大&重整器性能虽得到了提高!但整个系统动力负荷增大!经济性可能降低&甲烷转化率和产氢量随工艺气入口流量和水碳比变化曲线示于图G &由图G 7可看出(工艺气入口流量提高!产氢量增加!甲烷转化率降低&由于蒸汽重整反应是一强吸热的反应!提高工艺气流量!必然消耗大量热量!在氦气入口温度及流量一定的情况下

!

工艺气的最终裂解

吸附强化甲烷重整制氢中的几种吸附剂的比较分析

吸附强化甲烷重整制氢中的几种吸附剂的比较分析 吸附强化甲烷重整制氢中的几种吸附剂的比较分析 摘要：本文采用有限元的模拟方法研究了几种常用的CO2吸附剂，比较四种CO2吸收剂的特点可以为实际应用提供参考依据，也为后续吸收剂的改性指出了方向。 关键词：吸附强化甲烷重整制氢 化石燃料燃烧所引发的CO2温室效应越来越引起人们的重视，氢由于其零污染、高能量密度的特性成为替代能源的首选。CO2吸附强化甲烷重整技术的中心思想是利用CO2吸附脱除打破化学平衡的原理，使反应过程与分离过程结合起来，这样催化剂上生成的CO2能够迅速脱除，从而打破化学平衡，使反应向着H2合成的方向反应。 一、吸附强化反应的数学模型 吸附强化甲烷重整过程中主要发生以下反应 二、温度对吸附剂的影响 影响吸收剂在甲烷重整制氢效率的主要因素有： CO2吸附速率吸附容量、CO2吸附饱和速率、CO2吸附容量。四种吸收剂的最大吸附容量计算显示，CaO的最大吸附容量最大，高于其他三种吸收剂。当反应体系产生越多的CO2，CO2吸收速率越大，则反应物向H2的转化率越高，这与前述的结论一致。 三、压力对吸附剂的影响 综上所述，对比分析反应温度和反应压力对甲烷重整制氢的影响，得出：（1）为了得到高的H2产出，Li4SiO4吸附剂更适合在较低反应温度、较低反应压力体系下运行；CaO吸附剂更适合在较高反应温度体系下运行。此时条件下两种吸附剂的CO2吸收速率快，能够迅速从反应系统吸附大量生成的CO2，使整个反应向有利于H2生成的方向进行；（2） Li2ZrO3吸附剂更适合在较高反应压力体系下运行，在高的反应压力下，有利于反应逆方向，但是高的压力能够提高吸附剂CO2吸收速率，特别是对Li2ZrO3吸附剂，与CO2生成速率相匹配，但还是压力不能过高，否则会促进反应的逆方向，不利于甲

甲醇重整制氢装置项目可研报告备案用(专业版)

甲醇重整制氢装置项目可研报告 （备案用/专业版） 普慧投资研究中心

甲醇重整制氢装置项目可研报告 （备案用/专业版） 项目负责人：齐宪臣注册咨询工程师 参加人员：郑西芳注册咨询工程师 胡冰月注册咨询工程师 王子奇高级经济师 杜翔宇高级工程师 项目审核人：张子宏注册咨询工程师 普慧投资研究中心

目录 甲醇重整制氢装置项目可研报告常见问题解答 .... 错误!未定义书签。 1、甲醇重整制氢装置项目应该在经信委还是发改委立项？ (1) 2、编制甲醇重整制氢装置项目可研报告企业需提供的资料清单 (1) 一、总论 (2) （一）项目背景 (2) 1、项目名称 (2) 2、建设单位概况 (2) 3、可研报告编制依据 (2) 4、项目提出的理由与过程 (3) （二）项目概况 (3) 1、拟建项目 (3) 2、建设规模与目标 (3) 3、主要建设条件 (3) 4、项目投入总资金及效益情况 (4) 5、主要技术经济指标 (4) （三）主要问题说明 (6) 1、项目资金来源问题 (6) 2、项目技术设备问题 (6) 3、项目供电供水保障问题 (6) 二、市场预测 (7) （一）甲醇重整制氢装置市场分析 (7) 1、国际市场 (7) 2、国内市场 (7) （二）主要竞争企业分析（略） (8) （三）目标市场分析 (9) 1、目标市场调查 (9) 2、价格现状与预测 (10) （四）营销策略 (10)

1、销售队伍建设 (10) 2、销售网络建设 (10) 3、销售策略 (10) 三、建设规模与产品方案 (12) （一）建设规模 (12) （二）产品方案 (12) 四、场址选择 (13) （一）场址所在位置现状 (13) 1、地点与地理位置 (13) 2、场址土地权属类别及占地面积 (13) 3、土地利用现状 (14) （二）场址建设条件 (14) 1、地理环境位置 (14) 2、地形、地貌 (14) 3、气候、水文 (14) 4、交通运输条件 (14) 5、公用设施社会依托条件 (14) 6、环境保护条件 (15) 7、法律支持条件 (15) 8、征地、拆迁、移民安置条件 (15) 9、施工条件 (15) 五、技术方案、设备方案和工程方案 (16) （一）技术方案 (16) 1、生产方法 (16) 2、工艺流程 (17) （二）主要设备方案 (18) 1、设备选配原则 (18) 2、设备选型表 (19) （三）工程方案 (20) 1、土建工程设计方案 (20)

制氢方法

工业制氢方法概述 世界上大多数氢气通过天然气、丙烷、或者石脑油重整制得。经过高温重整或部分氧化重整，天然气中的主要成分甲烷被分解成 H2、 CO2、CO 。这种路线占目前工业方法的 80 %, 其制氢产率为 70 %—90 %。烃类重整制氢技术已经相当成熟，从提高重整效率，增强对负载变换的适应能力，降低生产成本等方面考虑，催化重整技术不断得到发展，产生了不少改进的重整工艺 , 其中包括可再生重整、平板式重整、螺旋式重整、强化燃烧重整等。煤直接液化工艺中一个重要单元就是的单元就是加氢液化，下面着重介绍几种工业上制氢工艺： 一、烃类蒸汽转化法 蒸汽转化法可以采用从天然气到石油脑的所有轻烃为原料。主要利用高温下水蒸气和烃类发生反应。转化生成物主要为氢、一氧化碳和二氧化碳。该过程需要消耗大量的能量，只不过要脱除或分离二氧化碳是件很麻烦的事，虽然目前分离二氧化碳的方法在不断推出，如变压吸附法( PSA)、吸收法( 包括物理吸收和化学吸收法)，低温蒸馏法，膜分离法等等，然而，二氧化碳的处理仍是很费脑筋，若是直接排入大气，势必造成环境污染。 二、烃类分解生成氢气和炭黑的制氢方法 该方法是将烃类分子进行热分解，产物为氢气和炭黑，炭黑可用于橡胶工业及其它行业中，同时避免了二氧化碳的排放。目前，主要有如下两种方法用于烃类分解制取氢气和炭黑。 ( 1 ) 热裂解法：将烃类原料在无氧( 隔绝空气)，无火焰的条件下，热分解为氢气和炭黑。生产装置中可设置两台裂解炉，炉内衬耐火材料并用耐火砖砌成花格成方型通道，生产时，先通入空气和燃料气在炉内燃烧并加热格子砖，然后停止通空气和燃料气，用格子砖蓄存的热量裂解通入的原料气，生成氢气和炭黑，两台炉子轮流进行蓄热和裂解，循环操作，将炭黑与气相分离后气体经提纯后可得纯氢，其中氢含量依原料不同而异，例如原料为天然气，其氢含量可达 85 % 以上。 天然气高温热裂解制氢技术，其主要优点在于制取高纯度氢气的同时，不向大气排放二氧化碳，而是制得更有经济价值、易于储存且可用于未来碳资源的固体碳，减轻了环境的温室效应。除了间歇反应有人曾做过天然气连续裂解的尝试。天然气催化裂解可以提高裂解速度，生成的纳米碳也能催化甲烷裂解过程。甲烷分解反应吸热 kJ/mol，因此最少需要甲烷燃烧( 887kJ/mol ) 的9 % 来提供反应所需热量。该方法技术较简单 , 经济上也还合适。 ( 2 ) 等离子体法：在反应器中装有等离子体炬，提供能量使原料发生热分解。等离子气是氢气，可以在过程中循环使用，因此，除了原料和等离子体炬所需的电源外不需要额外能量源。用高温产品加热原料使其达到规定的要求，多余的热量可以用来生成蒸汽。在规模较大的装置中，用多余的热量发电也是可行的。由于回收了过程的热量，从而降低了整个过程的能量消耗。等离子体法原料的适应性强，几乎所有的烃类，从天然气到重质油都可作为制氢原料，原料的改变，仅仅会影响产品中的氢气和炭黑的比例，此外，装置的生产规模可大可小。 三、烃类部分氧化法

重整制氢燃料电池基站案例分析

重整制氢燃料电池基站案例分析 一、站点基本情况 大广黎屋基站地处从化区吕田镇，站点位于大广高速附近山坡。兴建于2015年6月，建成后由于引入市电困难，进入站点的路段需经过农田与崎岖的山路，迟迟未进行供电，此站点也由此荒废三年多。 二、引入市电可行性 关于大广黎屋基站引入市电可行性。从路程上看：站点位置到附近村落大概将近4-5KM，沿路是村民的种植地，路旁大部分又是山丘山体的环境，设难度将会非常大。预计站点到村落线径的造价需要80-100万。 从村民协商上看：沿路中一旁种有农作物，另一旁山地上村民栽有竹子以及其它树木。线径从农田或从山地走，那么都需要和村民协商议价，做思想工作，这也并非易事。待达成协议、签署合同后，才能进行线径的建设。那么这样周期会大大增加，不利于项目进度的完成。 (通往大广黎屋基站道路两侧)

(通往大广黎屋基站道路两侧) 三、因地制宜解决供电 那么面对大广黎屋基站如此高额的造价费用，是否能有其它供电的解决方案？那么我司设备MRFC-2安装方便，稳定输出的特点就派上作用了。2018年6月25号，从化铁塔采用我司设备，仅仅五天后，该站点就开始提供供电，截至今天已经稳定180天无故障供电，为大广高速吕田路段提供稳定的通信网络。 （安装情况示意图）

（安装情况示意图） 四、成本费用对比 引入市电我司设备 建设周期>3个月建设周期<7天 建设成本>80万建设成本<30万需配置开关电源系统及整流模块稳压54.5V输出，无需额外配置开关电源及 整流模块 五、价值效益 综上所述，大广黎屋站点使用我司设备将会比引入市电成本降低百分之五十多，我司设备对于此类环境的站点有极大的优势，安装的方便快捷、稳定的输出、以及绿色环保等特点，无疑为通信网络保驾护航。

制氢的全部方法

制氢的全部方法 一、电解水制氢 多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气，阴极出氢气。该方法成本较高，但产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气。这种纯度的氢气常供：①电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等，②粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂，③制取多晶硅、锗等半导体原材料，④油脂氢化，⑤双氢内冷发电机中的冷却气等。像北京电子管厂和科学院气体厂就用水电解法制氢。 二、水煤气法制氢 用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气（C+H2O→CO+H2—热）。净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氢量在80%以上的气体，再压入水中以溶去CO2，再通过含氨蚁酸亚铜（或含氨乙酸亚铜）溶液中除去残存的CO 而得较纯氢气，这种方法制氢成本较低产量很大，设备较多，在合成氨厂多用此法。有的还把CO与H2合成甲醇，还有少数地方用80%氢的不太纯的气体供人造液体燃料用。像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。 三、由石油热裂的合成气和天然气制氢 石油热裂副产的氢气产量很大，常用于汽油加氢，石油化工和化肥厂所需的氢气，这种制氢方法在世界上很多国家都采用，在我国的石油化工基地如在庆化肥厂，渤海油田的石油化工基地等都用这方法制氢气 也在有些地方采用（如美国的Bay、way和Batan Rougo加氢工厂等）。 四、焦炉煤气冷冻制氢 把经初步提净的焦炉气冷冻加压，使其他气体液化而剩下氢气。此法在少数地方采用（如前苏联的Ke Mepobo工厂）。 五、电解食盐水的副产氢 在氯碱工业中副产多量较纯氢气，除供合成盐酸外还有剩余，也可经提纯生产普氢或纯氢。像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产。 六、酿造工业副产 用玉米发酵丙酮、丁醇时，发酵罐的废气中有1/3以上的氢气，经多次提纯后可生产普氢（97%以上），把普氢通过用液氮冷却到—100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质（如少量N2）可制取纯氢（99.99%以上），像北京酿酒厂就生产这种副产氢，用来烧制石英制品和供外单位用。 七、铁与水蒸气反应制氢 但品质较差，此系较陈旧的方法现已基本淘汰。 八、金属与酸反应制氢气， 当然，金属必须是活动性排在氢前的（钾，钙，钠不行），可以用镁铝锌铁锡铅。酸不能用硝酸和浓硫酸。 工厂生产方法有： 1、电解水制氢． 水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定能量，则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75-85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。利用电网峰谷差电解水制氢，作为一种贮能手段也具有特点。我国水力资源丰富，利用水电发电，电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高，成本的降低及

甲烷水蒸气重整的高活性和稳定性 催化剂

甲烷水蒸气重整的高活性和稳定性的 Rh/MgOAl2O3催化剂 摘要 高活性和抗积碳的Rh催化剂已经被开发用于甲烷水蒸气重整的微孔道反 应。Rh最佳化的负载在稳定的MgOAl2O3表面，以提高甲烷的体积转化率。催化剂的活性在较广范围的水碳比下保持稳定。尤其是，实验结果证明了Rh/MgOAl2O3催化剂在理论水碳比1:1时有很好的催化活性和抗积碳性，反应14h后催化剂没有失活的迹象。这种催化剂对甲烷水蒸气重整反应的催化活性是通过与微通道反应和传统的微管反应相对比的。在微孔反应中观察到的重要现象是因为加快了热量和质量的传递。 1综述 甲烷水蒸汽重整反应在合成气生产、燃料合成和氢气生产中是一种主要的商业化工艺流程[1]。该反应是一种低压下的强吸热反应。传统的甲烷水蒸汽重整反应由于受到严格的质量和热量传递的限制，因此催化剂的有效因子一般低于5%[2]。在过去十年里得到发展的微通道反应技术，为挑战传统的甲烷水蒸汽重整反应过程提供了突破口。微孔道反应拥有一种像三明治一样的多层型结构，由大量的间隙小于1mm的紧密隔开的通道组成，这样减少了热量和质量传递的距离，因此提高了整体的效率。所以，微孔道反应可以进行过程强化和超前的温度控制。 与传统反应的传热系数100~700w/m2k[7~9]相比，微孔道反应的传热系数高达10000~35000w/m2k[5,6]。微孔道反应中，如此高的传热系数和比表面积，使得强吸热的甲烷水蒸汽重整反应可以在近乎等温的条件下操作，同时也为显著提高甲烷水蒸汽重整反应过程的效率提供了可能性。 为了完全的利用微孔道反应质量和热量传递的优点和获得更高的体积生产率，因此需要开发一种高活性、高稳定性的重整反应催化剂。到目前为止，已被商业化的甲烷水蒸汽重整反应的催化剂，都是将Ni（12~20%Ni或者NiO）负载

甲烷制氢计算说明书

前言 氢气是一种重要的工业产品，它广泛用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门，由于使用要求的不同，这些部门对氢气的纯度、对所含杂质的种类和含量都有不相同的要求，特别是改革开放以来，随着工业化的进程，大量高精产品的投产，对高纯度的需求量正逐步加大，等等对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。 依据原料及工艺路线的不同，目前氢气主要由以下几种方法获得：①电解水法；②氯碱工业中电解食盐水副产氢气；③烃类水蒸气转化法；④烃类部分氧化法；⑤煤气化和煤水蒸气转化法；⑥氨或甲醇催化裂解法；⑦石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢；等等。其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法，但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合，工艺路线复杂，流程长，投资大。随着精细化工的行业的发展，当其氢气用量在200～3000m3/h时，甲醇蒸气转化制氢技术表现出很好的技术经济指标，受到许多国家的重视。甲醇蒸气转化制氢具有以下特点： （1）与大规模的天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢相比，投资省，能耗低。 （2）与电解水制氢相比，单位氢气成本较低。 （3）所用原料甲醇易得，运输、贮存方便。 （4）可以做成组装式或可移动式的装置，操作方便，搬运灵活。 对于中小规模的用氢场合，在没有工业含氢尾气的情况下，甲醇蒸气转化及变压吸附的制氢路线是一较好的选择。本设计采用甲醇裂解+吸收法脱二氧化碳+变压吸附工艺，增加吸收法的目的是为了提高氢气的回收率，同时在需要二氧化碳时，也可以方便的得到高纯度的二氧化碳。

甲烷水蒸气低温重整

Ni/TiO2催化甲烷水蒸气低温重整 摘要 负载镍的二氧化钛（Ni/TiO2）被用于甲烷水蒸气低温重整反应的研究。然而研究经常被报道，在传统高温条件下进行甲烷重整反应，二氧化钛负载金属的催化剂会失活，如此所示，它应该在一个温和的温度（400℃）下激活使用。Ni/TiO2在500℃，甚至在较低的甲烷和水蒸气输入比（1:1）条件下，能够保持稳定和高效的氢气产量。程序升温的研究表明，镍的存在和更有力的支撑交互作用是低温活化甲烷的关键，同时在水汽转换反应中，镍元素之间更弱的相互作用，使得其对氢气生成的生成做出贡献。这个检测报告进一步证实，当相同的反应进行时，镍负载在惰性氧化物（二氧化硅）表面时，即镍元素间的主要的金属负载影响会较弱。在500℃以及水和甲烷进料比为3:1的条件下，当输入SMR系统的蒸汽数量增加时，在Ni/TiO2催化剂作用下甲烷转化率增强，可以观察出甲烷转化率达到45%。根据水和甲烷进料的比例，在96小时内，负载镍的二氧化钛催化剂展现出稳定的转化率和产品的选择性。 1.简介 氢气是许多工业过程的关键原料同时高效的制氢技术在工业上具有重要作用。应该进一步加强水分解制氢体系的研究，它在技术方面仍然不太成熟，大大的阻碍了实现更大规模的发展。水碳重整，即通过水蒸气或者干气重是目前最有利的氢气生产途径。干气重整具有吸收二氧化碳的优点，但是易于引起碳污染，，除非能找到合适的催化剂。因此，传统的烃类蒸汽转化以甲烷蒸汽重整为主，在短期内，甲烷蒸汽转化仍然是最可行的工业制氢过程。 因为甲烷蒸汽重整反应是吸热反应，为了得到有效的转化率，甲烷蒸汽转化应该在800℃甚至更高温度下进行。为了增加氢气产量，这就经常伴随着下游的水汽转换过程。甲烷水蒸气重整反应需要的高温条件的能源消耗通常是通过焚烧天然气或者炼油厂的废料提供。为了获得可持续的制氢方式，利用可再生

水,甲烷,甲醇制氢效率比较

篇名 水、甲烷、甲醇製氫效率比較 作者 李季臻。私立明道中學。高一二班。 曹宇廷。私立明道中學。高一二班。 吳文卲。私立明道中學。高一二班。

壹●前言 近年來油價不斷飆漲，不論是交通運輸的汽油、柴油，生火煮飯的瓦斯、天然氣，或是以石油當原料的火力發電，用石油所製造的各種產品，如塑膠、油墨、衣料等，價格皆不斷的攀升，這便說明了石油短缺的現象。基於人類對石化工業、交通及各種生活必需品等的依賴，雖然石油即將枯竭，我們仍然必須繼續開採石油，然而石油是一種高度污染的燃料，會產生二氧化碳、甲烷等溫室氣體，以及二氧化氮、二氧化硫等有害氣體，造成酸雨、空氣污染還有溫室效應等，且在我們大量使用之下，千年以來的遺產——石油即將用盡，這原本看似取之不盡，用之不竭的燃料，竟因為人類深不見底的慾望而一點一滴的消耗，即將見底！因此近十年來科學家不斷研發各種替代能源以預防這另全人類恐慌的能源大危機。 在我們生活週遭已出現許多替代能源如核能發電、風力發電、太陽能發電、潮汐發電、地熱發電等等，然而其中部分受到自然因素的限制，為了克服這些因素，科學家利用各種方法尋求一種不受這些條件限制的方法，最後發現氫氣能和氧氣行氧化還原反應而放出大量能量，以代替即將消耗殆盡的石油成為新世紀的新能源，這便是科學家們研發出來的「氫燃料電池」。 身為地球上的一份子，地球環境與我們息息相關，這不但是我們生存的空間，也是孕育我們的地方，因此我們將針對「氫燃料電池」這一個當紅的主題，提出研究，探討其中的原理及運作方式。 貳●正文 一、目前生產氫氣的方式 以原料的來源來區別,氫氣的生產方法可以分為兩大類，一類是由化石原料製氫，主要商業化的製程有： 1、蒸氣重組法 2、部分氧化法 3、水煤氣法 另一類則為非化石原料製氫法，主要製程有： 4、水電解法 5、水光電解法（註1） 二、甲烷製氫

甲烷二氧化碳重整制氢

Research Article Ni/SiO2Catalyst Prepared with Nickel Nitrate Precursor for Combination of CO2Reforming and Partial Oxidation of Methane:Characterization and Deactivation Mechanism Investigation Sufang He,1Lei Zhang,2Suyun He,2Liuye Mo,3 Xiaoming Zheng,3Hua Wang,1and Yongming Luo2 1Research Center for Analysis and Measurement,Kunming University of Science and Technology,Kunming650093,China 2Faculty of Environmental Science and Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming650500,China 3Institute of Catalysis,Zhejiang University,Key Lab of Applied Chemistry of Zhejiang Province,Hangzhou310028,China Correspondence should be addressed to Y ongming Luo;environcatalysis222@https://www.wendangku.net/doc/f94648052.html, Received5August2014;Revised6January2015;Accepted6January2015 Academic Editor:Mohamed Bououdina Copyright?2015Sufang He et al.This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use,distribution,and reproduction in any medium,provided the original work is properly cited. The performance of Ni/SiO2catalyst in the process of combination of CO2reforming and partial oxidation of methane to produce syngas was studied.The Ni/SiO2catalysts were prepared by using incipient wetness impregnation method with nickel nitrate as a precursor and characterized by FT-IR,TG-DTA,UV-Raman,XRD,TEM,and H2-TPR.The metal nickel particles with the average size of37.5nm were highly dispersed over the catalyst,while the interaction between nickel particles and SiO2support is relatively weak.The weak NiO-SiO2interaction disappeared after repeating oxidation-reduction-oxidation in the fluidized bed reactor at 700°C,which resulted in the sintering of metal nickel particles.As a result,a rapid deactivation of the Ni/SiO2catalysts was observed in2.5h reaction on stream. 1.Introduction The Ni-based catalyst has recently attracted considerable attention due to the plentiful resources of nickel,as well as its low cost and good catalytic performance comparable to those of noble metals for many catalytic reactions,such as hydrogenation of olefins and aromatics[1],methane reforming[2],and water-gas shift reaction[3].Therefore,Ni-based catalyst is believed to be the most appropriate catalyst applied in the industrial process[4–6].It is generally accepted that the catalytic performance of Ni-based catalyst is closely related to several parameters,including the properties of support,preparation method,and active phase precursor employed. Support plays an important role in determining the performance of Ni-based catalyst.Generally,a support with high surface areas is very necessary since it is effective in increasing Ni dispersion and improving thermal stability, hence not only providing more catalytically active sites,but also decreasing the deactivation over time of the catalysts due to sintering and migration effects[7,8].For its good thermostability,availability,and relative high specific surface area,SiO2support was widely used for preparing Ni-based catalyst[9].In particular,spherical silica is successfully used as a catalyst support in fluidized bed reactor due to its high mechanical strength. The method of catalyst preparation is another key param-eter which needs to be optimized because it will result in different structural and textural properties of Ni-based catalyst.Therefore,numerous methods,including precipi-tation,homogeneous deposition-precipitation,and sol-gel techniques,have been developed to enhance the performance of Ni-based catalyst[10–18].However,allthe above method-ologies mentioned are too complex or expensive to scale Hindawi Publishing Corporation Journal of Nanomaterials Volume 2015, Article ID 659402, 8 pages https://www.wendangku.net/doc/f94648052.html,/10.1155/2015/659402

天然气制氢的基本原理及工业技术经验进展

天然气制氢的基本原理及工业技术进展 一、天然气蒸汽转化的基本原理 1.蒸汽转化反应的基本原理 天然气的主要成分为甲烷，约占90%以上，研究天然气蒸汽转化原理可以甲烷为例来进行。 甲烷蒸汽转化反应为一复杂的反应体系，但主要是蒸汽转化反应和一氧化碳的变换反应。 主反应： CH4+H2O===CO+3H2 CH4+2H2O===CO2+4H2 CH4+CO2===2CO+2H2 CH4+2CO2===3CO+H2+H2O CH4+3CO2===4CO+2H2O CO+H2O===CO2+H2 副反应： CH4===C+2H2 2CO===C+CO 2 CO+H2===C+H2O 副反应既消耗了原料，并且析出的炭黑沉积在催化剂表面将使催化剂失活，因此必须抑制副反应的发生。 转化反应的特点如下： 1)可逆反应在一定的条件下，反应可以向右进行生成CO和H2，称为正 反应；随着生成物浓度的增加，反应也可以向左进行，生成甲烷和水蒸气，

称为逆反应。因此生产中必须控制好工艺条件，是反应向右进行，生成尽可能多的CO和H2。 2)气体体积增大反应一分子甲烷和一分子水蒸气反应后，可以生成一分子CO 和三分子H2，因此当其他条件确定时，降低压力有利于正反应的进行，从而降低转化气中甲烷的含量。 3)吸热反应甲烷的蒸汽转化反应是强吸热反应，为了使正反应进行的更 快、更彻底，就必须由外界提供大量的热量，以保持较高的反应温度。 4)气-固相催化反应甲烷的蒸汽转化反应，在无催化剂的参与 的条件下，反应的速度缓慢。只有在找到了合适的催化剂镍，才使得转化 的反应实现工业化称为可能，因此转化反应属于气-固相催化反应。 2.化学平衡及影响因素 3.反应速率及影响速率 在没有催化剂的情况时，即使在相当高的温度下，甲烷蒸汽转化反应的速率 也是很慢的。当有催化剂存在时，则能大大加快反应速率；甲烷蒸汽转化反应速 率对反应温度升高而加快，扩散作用对反应速率影响明显，采用粒度较小的催化 剂，减少内扩散的影响，也能加快反应速率。 4.影响析炭反应的因素 副反应的产物炭黑覆盖在催化剂表面，会堵住催化剂的微孔，降低催化剂的 活性，增加床层阻力，影响生产力。 在甲烷蒸汽转化反应中影响析炭的主要因素如下： a.转化反应温度越高，烃类裂解析炭的可能性越大。 b.水蒸气用量增加，析炭的可能性越小，并且已经析出的炭黑也会与过量 的水蒸气反应而除去，在一定的条件下，水碳比降低则容易发生析炭现 象。

甲烷水蒸气低温重整完整版

甲烷水蒸气低温重整标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]

Ni/TiO2催化甲烷水蒸气低温重整 摘要 负载镍的二氧化钛（Ni/TiO2）被用于甲烷水蒸气低温重整反应的研究。然而研究经常被报道，在传统高温条件下进行甲烷重整反应，二氧化钛负载金属的催化剂会失活，如此所示，它应该在一个温和的温度（400℃）下激活使用。Ni/TiO2在500℃，甚至在较低的甲烷和水蒸气输入比（1:1）条件下，能够保持稳定和高效的氢气产量。程序升温的研究表明，镍的存在和更有力的支撑交互作用是低温活化甲烷的关键，同时在水汽转换反应中，镍元素之间更弱的相互作用，使得其对氢气生成的生成做出贡献。这个检测报告进一步证实，当相同的反应进行时，镍负载在惰性氧化物（二氧化硅）表面时，即镍元素间的主要的金属负载影响会较弱。在500℃以及水和甲烷进料比为3:1的条件下，当输入SMR系统的蒸汽数量增加时，在Ni/TiO 2催化剂作用下甲烷转化率增强，可以观察出甲烷转化率达到45%。根据水和甲烷进料的比例，在96小时内，负载镍的二氧化钛催化剂展现出稳定的转化率和产品的选择性。 1.简介 氢气是许多工业过程的关键原料同时高效的制氢技术在工业上具有重要作用。应该进一步加强水分解制氢体系的研究，它在技术方面仍然不太成熟，大大的阻碍了实现更大规模的发展。水碳重整，即通过水蒸气或者干气重是目前最有利的氢气生产途径。干气重整具有吸收二氧化碳的优点，但是

易于引起碳污染，，除非能找到合适的催化剂。因此，传统的烃类蒸汽转化以甲烷蒸汽重整为主，在短期内，甲烷蒸汽转化仍然是最可行的工业制氢过程。 因为甲烷蒸汽重整反应是吸热反应，为了得到有效的转化率，甲烷蒸汽转化应该在800℃甚至更高温度下进行。为了增加氢气产量，这就经常伴随着下游的水汽转换过程。甲烷水蒸气重整反应需要的高温条件的能源消耗通常是通过焚烧天然气或者炼油厂的废料提供。为了获得可持续的制氢方式，利用可再生的太阳能作为加热源是最理想的。利用太阳能制氢的概念在1982年提出，随后对这个有希望的系统的详细研究推动了重整反应的进程。例如，Wrner和Tamme和Muir等证明了太阳能可以推动甲烷重整反应进行，并且在氧化铝表面负载稀有金属的催化剂作用下（钌、铑、钯）进行了测试。该体系显示在700℃下，甲烷的有效转化率大于40%甚至80%。然而，由于泡沫催化剂长期暴露在有太阳能集热器形成的极端温度下，这两项研究都显示反应后催化剂开裂或者降解。 大多数太阳能重整体系研究都集中在温度方面，尤其是在传统体系中的应用，因为高温的存在而忽略了这种方法的诸多优点。为了收集达到这种温度条件所必须的太阳能，需要承担昂贵的减少和维护费用，并且还要占用大量空间。另一种选择是利用简单的，不同于太阳能重整的方式，可以在较低温度下进行反应。除了运行成本低之外，低温系统排除了由昂贵合金制成的高温催化剂的使用。此外，由于WGS反应是放热反应，低温条件有利于WGS 反应的进行。如果WGS的程度在SRM催化剂的存在下可以被提高，就可能减少甚至消除下游WGS反应过程，从而达到最大的氢气产量。从催化剂的角度来看，较低温度条件也可以延长催化剂寿命，高温会引起金属催化剂在负载